FR2713820A1 - Electromagnetic actuator for e.g. pneumatic electro-valves and contact relays - Google Patents
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Abstract
Description
ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIOUE A NOYAU PLONGEANT. ELECTROMAGNETIC ACTUATOR WITH DIVING CORE.
La présente invention concerne les systèmes d'actionnement électromagnétiques dits à noyau plongeant, comprenant une bobine entourant une cavité cylindrique dans laquelle est engagé un noyau mobile servant à l'actionnement d'un dispositif. The present invention relates to so-called electromagnetic actuation systems with a plunging core, comprising a coil surrounding a cylindrical cavity in which is engaged a movable core used for actuating a device.
La présente invention concerne plus particulièrement les actionneurs électromagnétiques de faible et moyenne puissance, pouvant réaliser des efforts de quelques Newton. The present invention relates more particularly to electromagnetic actuators of low and medium power, capable of achieving forces of a few Newton.
De tels actionneurs sont susceptibles d'être montés dans diverses sortes de dispositifs, par exemple dans des mini-électrovannes pneumatiques, pour actionner un clapet de commutation de fluide, dans des relais électriques, pour actionner une lame porte-contacts... On les utilise également pour déplacer des objets de faible poids d'un emplacement vers un autre, par exemple dans des chaînes de fabrication d'objets. Such actuators are capable of being mounted in various kinds of devices, for example in pneumatic mini-solenoid valves, for actuating a fluid switching valve, in electrical relays, for actuating a contact-carrying blade ... also used to move light weight objects from one location to another, for example in object manufacturing lines.
Parmi ces actionneurs, on distingue les actionneurs monostables, à une position stable du noyau, et les actionneurs bistables, à deux positions stables du noyau. Pour diminuer les coûts de fabrication et les investissements industriels, on cherche généralement à réaliser des actionneurs bistables et monostables à partir d'une même structure de base. Among these actuators, there are the monostable actuators, at a stable position of the core, and the bistable actuators, at two stable positions of the core. To reduce manufacturing costs and industrial investments, it is generally sought to produce bistable and monostable actuators from the same basic structure.
Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe représentant schématiquement deux actionneurs bistables classiques obtenus à partir d'une structure de base d'actionneur monostable. Chacun des actionneurs 1 et 2 comprend une bobine 10, comportant un ou deux enroulements conducteurs, montée sur un support de bobine 11 cylindrique creux en un matériau non magnétique, dont les flancs comportent des rebords 11-1, 11-2 de protection latérale de la bobine. L'intérieur du support 11 forme une cavité cylindrique 12 dont l'axe longitudinal est confondu avec l'axe de la bobine. A une extrémité de la cavité cylindrique 12 est disposé un noyau magnétique fixe, ou culasse 13, qui s'étend sur une faible longueur dans la cavité et dépasse sensiblement de celle-ci. Dans la cavité est en outre disposé un noyau mobile 14, susceptible de coulisser axialement. Le noyau mobile 14 s'étend de l'intérieur de la cavité, où il est en regard de la culasse, jusqu'à un point sensiblement éloigné de la cavité et de la bobine, où il agit sur un dispositif auquel l'actionneur est accouplé (non représenté sur les figures). Un ressort de compression 15 est disposé entre le noyau mobile 14 et la culasse 13, et exerce une force qui tend à écarter le noyau mobile et la culasse d'un entrefer e. Les extrémités du ressort 15 sont en appui au fond de deux logements 16-1, 16-2 pratiqués sur les faces du noyau 14 et de la culasse 13 qui sont en regard. Figures 1 and 2 are sectional views schematically showing two conventional bistable actuators obtained from a basic structure of monostable actuator. Each of the actuators 1 and 2 comprises a coil 10, comprising one or two conductive windings, mounted on a hollow cylindrical coil support 11 made of a non-magnetic material, the sides of which include flanges 11-1, 11-2 for lateral protection of the coil. The interior of the support 11 forms a cylindrical cavity 12 whose longitudinal axis coincides with the axis of the coil. At one end of the cylindrical cavity 12 is disposed a fixed magnetic core, or yoke 13, which extends over a short length in the cavity and substantially protrudes from it. In the cavity is further arranged a movable core 14, capable of sliding axially. The movable core 14 extends from the interior of the cavity, where it faces the cylinder head, to a point substantially distant from the cavity and the coil, where it acts on a device to which the actuator is coupled (not shown in the figures). A compression spring 15 is disposed between the movable core 14 and the cylinder head 13, and exerts a force which tends to separate the movable core and the cylinder head from an air gap. The ends of the spring 15 are supported at the bottom of two housings 16-1, 16-2 formed on the faces of the core 14 and of the yoke 13 which are opposite.
A cette structure de base commune aux actionneurs des figures 1 et 2 sont ajoutés une pièce polaire 17 ou 19, formant un circuit magnétique extérieur reliant le noyau 14 et la culasse 13, et un aimant permanent 18. To this basic structure common to the actuators of FIGS. 1 and 2 are added a pole piece 17 or 19, forming an external magnetic circuit connecting the core 14 and the yoke 13, and a permanent magnet 18.
Dans l'actionneur 1 de la figure 1 l'aimant 18 est disposé en série avec la pièce polaire 17. Celle-ci comprend deux plaques latérales 17-1, 17-2, disposées verticalement contre les flancs du support de bobine 11 et comportant chacune un orifice central laissant traverser la culasse 13 ou le noyau mobile 14. La liaison entre les plaques latérales est assurée par deux plaques horizontales 17-3, 17-4 prenant en sandwich l'aimant 18, qui se trouve donc prisonnier dans la pièce polaire. In the actuator 1 of FIG. 1, the magnet 18 is arranged in series with the pole piece 17. This comprises two side plates 17-1, 17-2, arranged vertically against the sides of the coil support 11 and comprising each a central orifice leaving through the cylinder head 13 or the movable core 14. The connection between the side plates is ensured by two horizontal plates 17-3, 17-4 sandwiching the magnet 18, which is therefore trapped in the room polar.
Dans l'actionneur 2 de la figure 2, l'aimant est disposé en parallèle avec la pièce polaire 19. Celle-ci est formée d'un seul bloc par une pièce en forme d'étrier, comportant deux montants latéraux 19-1, 19-2 munis d'orifices, équivalents aux plaques latérales 17-1, 17-2 déjà décrites, et une semelle longitudinale 19-3 s'étendant entre les montants latéraux. L'aimant 18 est posé sur la semelle 19-3 et orienté parallèlement à l'axe de la bobine. In the actuator 2 of FIG. 2, the magnet is arranged in parallel with the pole piece 19. The latter is formed in one piece by a stirrup-shaped piece, comprising two lateral uprights 19-1, 19-2 provided with orifices, equivalent to the side plates 17-1, 17-2 already described, and a longitudinal sole 19-3 extending between the lateral uprights. The magnet 18 is placed on the sole 19-3 and oriented parallel to the axis of the coil.
Le fonctionnement de ces deux actionneurs est identique. Une première position stable du noyau 14, montrée en figures 1 et 2, est conférée par le ressort et correspond à un entrefer e maximum, la limitation de la course du noyau et de la valeur de l'entrefer e, une fois le ressort détendu, étant assurée par le dispositif associé à l'actionneur. Une deuxième position stable est conférée par l'aimant 18 et correspond à un entrefer e nul. Dans cette position, le noyau mobile est au contact de la culasse et le flux magnétique engendré par l'aimant 18 circule dans le circuit formé par la pièce polaire 17 ou 19, le noyau 14 et la culasse 13. Le noyau reste collé contre la culasse, malgré la force exercée par le ressort comprimé dans les logements 16-1, 16-2. La bobine n'est alimentée que lorsqu'on veut faire passer le noyau d'une position à l'autre. Pour éviter d'avoir à inverser le signe du courant dans la bobine, la bobine peut comprendre deux enroulements conducteurs agissant en sens contraires. The operation of these two actuators is identical. A first stable position of the core 14, shown in FIGS. 1 and 2, is imparted by the spring and corresponds to a maximum air gap e, the limitation of the stroke of the core and of the value of the air gap e, once the spring is relaxed , being provided by the device associated with the actuator. A second stable position is conferred by the magnet 18 and corresponds to a zero air gap. In this position, the movable core is in contact with the cylinder head and the magnetic flux generated by the magnet 18 circulates in the circuit formed by the pole piece 17 or 19, the core 14 and the cylinder head 13. The core remains glued against the cylinder head, despite the force exerted by the compressed spring in the housings 16-1, 16-2. The coil is only energized when the core is to be moved from one position to another. To avoid having to reverse the sign of the current in the coil, the coil may include two conductive windings acting in opposite directions.
Chacun de ces actionneurs bistables présente l'avantage de pouvoir être réalisé simplement à partir d'une structure d'actionneur monostable, par ajout d'un aimant permanent en série ou en parallèle avec la pièce polaire. Néanmoins, chacun présente des inconvénients qui lui sont propres. Each of these bistable actuators has the advantage of being able to be produced simply from a monostable actuator structure, by adding a permanent magnet in series or in parallel with the pole piece. However, each has its own disadvantages.
Dans le cas de l'actionneur de la figure 1, l'aimant 18 en série dans la pièce polaire se comporte comme un entrefer et s'oppose considérablement à la circulation du flux d'induction magnétique généré par la bobine. Les matériaux ferromagnétiques comme les ferrites, utilisés pour la fabrication des aimants, présentent en effet une réluctance au moins 10 000 fois supérieure à celle des matériaux magnétiques comme le fer doux, utilisés pour la fabrication de la pièce polaire. In the case of the actuator of FIG. 1, the magnet 18 in series in the pole piece behaves like an air gap and considerably opposes the circulation of the magnetic induction flux generated by the coil. Ferromagnetic materials such as ferrites, used for the manufacture of magnets, have a reluctance at least 10,000 times greater than that of magnetic materials such as soft iron, used for the manufacture of the pole piece.
Pour générer le flux nécessaire à la commande du noyau, un actionneur à aimant série nécessite donc une bobine surdimensionnée, plus coûteuse et consommant plus d'énergie électrique.To generate the flux necessary for controlling the core, a series magnet actuator therefore requires an oversized coil, more expensive and consuming more electrical energy.
Dans le cas de l'actionneur 2 de la figure 2, l'aimant 18 ne gêne pas la circulation du flux de la bobine, mais le flux de l'aimant est partiellement courtcircuité par la semelle 19-3 sur laquelle repose l'aimant, comme montré sur la figure 2 par des traits en pointillés. L'efficacité de l'aimant en est considérablement amoindrie, et la force de maintien du noyau contre la culasse est plus faible qu'avec un aimant en série. Pour pallier cet inconvénient, on diminue fortement l'épaisseur de la semelle 19-3 et on augmente la taille de l'aimant. Toutefois, en procédant ainsi, on augmente la réluctance de la pièce polaire. La mise au point d'une telle structure relève donc du compromis et ne permet pas d'atteindre l'optimum souhaité en termes d'encombrement, de puissance d'alimentation et d'efficacité. En outre, l'aimant de par sa disposition pénalise de façon notable l'encombrement total de l'actionneur. In the case of the actuator 2 of FIG. 2, the magnet 18 does not hinder the circulation of the flux of the coil, but the flux of the magnet is partially short-circuited by the sole 19-3 on which the magnet rests , as shown in Figure 2 by dashed lines. The efficiency of the magnet is considerably reduced, and the holding force of the core against the cylinder head is weaker than with a magnet in series. To overcome this drawback, the thickness of the sole 19-3 is greatly reduced and the size of the magnet is increased. However, by doing so, the reluctance of the pole piece is increased. The development of such a structure is therefore a compromise and does not achieve the desired optimum in terms of size, power supply and efficiency. In addition, the magnet by its arrangement significantly penalizes the total size of the actuator.
Un objet de la présente invention est de prévoir une structure d'actionneur bistable à aimant permanent qui ne présente pas les inconvénients de ces structures classiques. An object of the present invention is to provide a bistable actuator structure with a permanent magnet which does not have the drawbacks of these conventional structures.
Un objet plus particulier de la présente invention est de prévoir un agencement de l'aimant du type parallèle, permettant de réduire l'encombrement de l'aimant tout en améliorant son efficacité. A more particular object of the present invention is to provide an arrangement of the magnet of the parallel type, making it possible to reduce the size of the magnet while improving its efficiency.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir une structure d'actionneur monostable pouvant être transformé rapidement en actionneur bistable, sans modification de sa structure. Another object of the present invention is to provide a monostable actuator structure which can be quickly transformed into a bistable actuator, without modification of its structure.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un actionneur électromagnétique comprenant, une bobine de commande comportant au moins un enroulement conducteur, montée sur un support creux comportant une cavité cylindrique axiale, une culasse magnétique fixe obturant une extrémité de la cavité, un noyau magnétique mobile engagé dans la cavité, soumis à une force qui tend à l'éloigner de la culasse d'un entrefer e, une pièce polaire formant un circuit magnétique extérieur reliant le noyau mobile et la culasse, comprenant deux montants latéraux plaqués contre les flancs du support de bobine, actionneur dans lequel la matière formant le support de bobine comprend un matériau ferromagnétique susceptible de prendre une aimantation permanente sous l'action d'un champ magnétique extérieur. To achieve these objects, the present invention provides an electromagnetic actuator comprising, a control coil comprising at least one conductive winding, mounted on a hollow support comprising an axial cylindrical cavity, a fixed magnetic yoke closing one end of the cavity, a magnetic core mobile engaged in the cavity, subjected to a force which tends to move it away from the breech of an air gap, a pole piece forming an external magnetic circuit connecting the mobile core and the breech, comprising two lateral uprights pressed against the sides of the coil support, actuator in which the material forming the coil support comprises a ferromagnetic material capable of taking up permanent magnetization under the action of an external magnetic field.
Selon un mode de réalisation, le support de bobine est réalisé en plastoferrite, et comprend des particules d'un matériau ferromagnétique noyées dans une matière synthétique. According to one embodiment, the coil support is made of plastoferrite, and comprises particles of a ferromagnetic material embedded in a synthetic material.
La présente invention concerne également un actionneur électromagnétique bistable comprenant, une bobine de commande comportant au moins un enroulement conducteur, montée sur un support creux, une cavité cylindrique axiale, dont l'axe longitudinal est confondu avec celui de la bobine, une culasse magnétique fixe obturant une extrémité de la cavité, un noyau magnétique mobile engagé dans la cavité, soumis à une force qui tend à l'éloigner de la culasse d'un entrefer e, une pièce polaire formant un circuit magnétique extérieur reliant le noyau mobile et la culasse, comprenant deux montants latéraux plaqués contre les flancs du support de bobine, un aimant permanent, agencé pour assurer le maintien du noyau contre la culasse lorsque l'entrefer e est nul, actionneur dans lequel l'aimant permanent est disposé entre la bobine et la cavité cylindrique axiale, s'étend axialement entre les montants latéraux de la pièce polaire, et possède une aimantation axiale. The present invention also relates to a bistable electromagnetic actuator comprising, a control coil comprising at least one conductive winding, mounted on a hollow support, an axial cylindrical cavity, the longitudinal axis of which coincides with that of the coil, a fixed magnetic yoke closing one end of the cavity, a mobile magnetic core engaged in the cavity, subjected to a force which tends to move it away from the breech of an air gap, a pole piece forming an external magnetic circuit connecting the mobile core and the breech , comprising two lateral uprights pressed against the sides of the coil support, a permanent magnet, arranged to ensure the maintenance of the core against the cylinder head when the air gap is zero, actuator in which the permanent magnet is disposed between the coil and the axial cylindrical cavity, extends axially between the lateral uprights of the pole piece, and has an axial magnetization.
Selon un mode de réalisation, l'aimant et le support de bobine forment une même pièce. According to one embodiment, the magnet and the coil support form a single part.
Selon un mode de réalisation, la pièce polaire comprend entre ses montants latéraux une semelle qui présente une réluctance plus grande que la réluctance du circuit magnétique formé par le noyau mobile et la culasse lorsque l'entrefer e est nul. According to one embodiment, the pole piece comprises between its lateral uprights a sole which has a greater reluctance than the reluctance of the magnetic circuit formed by the movable core and the yoke when the air gap is zero.
Selon un mode de réalisation, la section de la semelle est très inférieure à la section du noyau et de la culasse. According to one embodiment, the section of the sole is much less than the section of the core and of the cylinder head.
Selon un mode de réalisation, les montants latéraux de la pièce polaire sont sensiblement plus épais que la semelle. According to one embodiment, the lateral uprights of the pole piece are substantially thicker than the sole.
Selon un mode de réalisation, les montants latéraux de la pièce polaire sont épaissis par des rondelles métalliques engagées autour du noyau et de la culasse. According to one embodiment, the lateral uprights of the pole piece are thickened by metal washers engaged around the core and the cylinder head.
Selon un mode de réalisation, un ressort de compression est monté entre le noyau et la culasse. According to one embodiment, a compression spring is mounted between the core and the cylinder head.
Selon un mode de réalisation, la culasse comporte un alésage axial traversé par une tige rendu solidaire du noyau mobile par l'intermédiaire d'un ressort. According to one embodiment, the cylinder head has an axial bore crossed by a rod made integral with the movable core by means of a spring.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers de la présente invention, faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
les figures 1 et 2 ont été décrites précédemment et représentent des actionneurs bistables de l'art antérieur,
la figure 3 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un actionneur selon la présente invention,
la figure 4 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un actionneur selon la présente invention, et
la figure 5 est une vue en coupe d'un troisième mode de réalisation d'un actionneur selon la présente invention.These objects, characteristics and advantages of the present invention will be explained in more detail in the following description of particular embodiments of the present invention, made in relation to the attached figures among which
FIGS. 1 and 2 have been described previously and represent bistable actuators of the prior art,
FIG. 3 is a sectional view of a first embodiment of an actuator according to the present invention,
FIG. 4 is a sectional view of a second embodiment of an actuator according to the present invention, and
Figure 5 is a sectional view of a third embodiment of an actuator according to the present invention.
La figure 3 représente un actionneur électromagnétique 3 selon la présente invention. La structure de l'actionneur telle qu'elle apparaît sur cette figure ressemble à celle d'un actionneur monostable classique, c'est à dire un actionneur comme celui représenté en figure 2 auquel on aurait retiré l'aimant permanent. Ainsi, l'actionneur 3 comprend une bobine 30 comprenant au moins un enroulement conducteur, un support de bobine 31 comportant des rebords latéraux 31-1, 31-2 et une cavité cylindrique 32, dans laquelle sont montés un noyau mobile 33, une culasse fixe 34, et un ressort de compression 35, chacune des pièces étant dans sa forme identique à celles décrites en relation avec la figure 2. FIG. 3 represents an electromagnetic actuator 3 according to the present invention. The structure of the actuator as it appears in this figure resembles that of a conventional monostable actuator, that is to say an actuator like that shown in FIG. 2 from which the permanent magnet would have been removed. Thus, the actuator 3 comprises a coil 30 comprising at least one conductive winding, a coil support 31 comprising lateral flanges 31-1, 31-2 and a cylindrical cavity 32, in which are mounted a movable core 33, a cylinder head fixed 34, and a compression spring 35, each of the parts being in its shape identical to those described in relation to FIG. 2.
L'actionneur 3 comprend également une pièce polaire 36, en forme d'étrier, comprenant une semelle longitudinale 36-1 et deux montants latéraux 36-2, 36-3, plaqués contre les flancs du support de bobine 31 et munis d'orifices de passage du noyau ou de la culasse.The actuator 3 also comprises a pole piece 36, in the shape of a stirrup, comprising a longitudinal sole 36-1 and two lateral uprights 36-2, 36-3, pressed against the sides of the coil support 31 and provided with orifices passage of the core or cylinder head.
Selon la présente invention, le support 31 de la bobine 30 est réalisé en une matière comprenant des particules ferromagnétiques noyées dans un matériau plastique. Cette matière est bien connue de l'homme du métier sous le terme générique de plastoferrite. Elle est utilisée dans divers domaines et notamment pour la fabrication de rotors de moteurs électriques comportant un pignon intégré. L'un de ses avantages est en effet de pouvoir être moulée comme une matière plastique ordinaire, et d'avoir en même temps les propriétés d'un matériau ferromagnétique, grâce à la présence des particules ferromagnétiques, qui peuvent être des particules de ferrites (oxydes ferreux avec oxyde de baryum,..), ou de terres rares (samarium-cobalt, fernéodyme-bore,...). Dans la pratique, les plastoferrites sont obtenus en mélangeant une poudre du matériau ferromagnétique avec une poudre de matière plastique, l'ensemble formant un tout homogène après fusion et moulage. According to the present invention, the support 31 of the coil 30 is made of a material comprising ferromagnetic particles embedded in a plastic material. This material is well known to those skilled in the art under the generic term of plastoferrite. It is used in various fields and in particular for the manufacture of rotors of electric motors comprising an integrated pinion. One of its advantages is indeed to be able to be molded like an ordinary plastic material, and to have at the same time the properties of a ferromagnetic material, thanks to the presence of ferromagnetic particles, which can be particles of ferrites ( ferrous oxides with barium oxide, etc.), or rare earths (samarium-cobalt, fernodyme-boron, etc.). In practice, plastoferrites are obtained by mixing a powder of the ferromagnetic material with a powder of plastic, the whole forming a homogeneous whole after melting and molding.
Le support de bobine 31 selon l'invention peut donc prendre une aimantation permanente après un passage de quelques millièmes de secondes dans un dispositif d'aimantation classique. The coil support 31 according to the invention can therefore take permanent magnetization after a passage of a few thousandths of seconds in a conventional magnetization device.
Lorsque le support de bobine 31 n'est pas aimanté, l'actionneur 3 selon l'invention fonctionne comme un actionneur monostable classique. When the coil support 31 is not magnetized, the actuator 3 according to the invention operates like a conventional monostable actuator.
Lorsque le support de bobine 31 est aimanté, l'actionneur 3 devient avantageusement un actionneur bistable, qui de plus ne présente pas les défauts des dispositifs connus, comme cela sera vu plus loin. Le support 31 est aimanté axialement, de sorte que les faces du support en regard des montants latéraux 36-2, 36-3 de la pièce polaire présentent des polarités opposés, repérées par N et S sur la figure 3. I1 peut se produire des polarités secondaires n et s sur les faces internes des rebords 31-1, 31-2, mais celles-ci ne perturbent pas le fonctionnement de l'actionneur selon l'invention. When the coil support 31 is magnetized, the actuator 3 advantageously becomes a bistable actuator, which moreover does not have the faults of known devices, as will be seen below. The support 31 is axially magnetized, so that the faces of the support opposite the lateral uprights 36-2, 36-3 of the pole piece have opposite polarities, identified by N and S in FIG. 3. I1 can occur secondary polarities n and s on the internal faces of the flanges 31-1, 31-2, but these do not disturb the operation of the actuator according to the invention.
Une première position stable du noyau mobile 33 est assurée par le ressort, de façon classique. Une deuxième position stable du noyau 33 est assurée par l'aimant/support de bobine 31, quand l'entrefer e entre le noyau et la culasse est nul. Dans ce cas, le flux de l'aimant 31 passe directement par les montants latéraux 36-2, 36-3 de la pièce polaire, et traverse le noyau 33 et la culasse 34. I1 est donc avantageux d'épaissir sensiblement les montants latéraux 36-2, 36-3, afin de faciliter la transmission du flux de l'aimant. Par contre, il est préférable que la semelle 36-1 présente une section sensiblement inférieure à la section du noyau et de la culasse, pour que la réluctance de la semelle 36-1 soit supérieure à la réluctance du circuit magnétique noyau/culasse. Ainsi, le flux généré par l'aimant passe préférentiellement dans le circuit noyau/culasse et l'efficacité de l'aimant est pratiquement maximale. L'efficacité de la bobine est également maximale, puisque l'aimant ne s'interpose pas dans la pièce polaire. A first stable position of the movable core 33 is ensured by the spring, in a conventional manner. A second stable position of the core 33 is ensured by the magnet / coil holder 31, when the air gap e between the core and the yoke is zero. In this case, the flux of the magnet 31 passes directly through the lateral uprights 36-2, 36-3 of the pole piece, and passes through the core 33 and the yoke 34. It is therefore advantageous to substantially thicken the lateral uprights 36-2, 36-3, to facilitate the transmission of the flux of the magnet. On the other hand, it is preferable for the sole 36-1 to have a section which is substantially less than the section of the core and of the cylinder head, so that the reluctance of the sole 36-1 is greater than the reluctance of the magnetic core / cylinder head circuit. Thus, the flux generated by the magnet preferentially passes through the core / cylinder head circuit and the efficiency of the magnet is practically maximum. The efficiency of the coil is also maximum, since the magnet does not interpose in the pole piece.
Ainsi, on notera que de façon générale l'invention prévoit un actionneur bistable ayant un aimant permanent qui est disposé entre la bobine et la cavité cylindrique recevant le noyau, qui s'étend axialement d'un des montants latéraux de la pièce polaire à l'autre, et qui possède une aimantation axiale. C'est pourquoi la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus, bien que celui-ci soit très avantageux, et peut être mise en oeuvre de diverses manières. Par exemple, comme autre mode de réalisation, on peut prévoir un aimant cylindrique disposé dans la cavité cylindrique d'un support de bobine non magnétique, cet aimant comportant lui-même une cavité cylindrique dans laquelle est disposé le système noyau/culasse. On obtiendrait également un résultat équivalent avec des petits barreaux aimantés enchâssés dans un support de bobine non magnétique, et disposés régulièrement (pour plus d'efficacité) autour de la cavité cylindrique du support de bobine. Thus, it will be noted that in general the invention provides a bistable actuator having a permanent magnet which is disposed between the coil and the cylindrical cavity receiving the core, which extends axially from one of the lateral uprights of the pole piece to the 'other, and which has an axial magnetization. This is why the present invention is not limited to the embodiment described above, although this is very advantageous, and can be implemented in various ways. For example, as another embodiment, it is possible to provide a cylindrical magnet disposed in the cylindrical cavity of a non-magnetic coil support, this magnet itself comprising a cylindrical cavity in which the core / cylinder head system is disposed. An equivalent result would also be obtained with small magnetic bars encased in a non-magnetic coil support, and arranged regularly (for greater efficiency) around the cylindrical cavity of the coil support.
En outre, comme le montre la figure 4, la présente invention est susceptible de s'appliquer à tout type d'actionneur à noyau plongeant. L'actionneur 4 représenté a une structure de noyau 40 et de culasse 45 particulière décrite en détail dans la demande de brevet français déposée sous le n 91 06894. La bobine 30, le support de bobine 31 selon l'invention, la pièce polaire 36 et les éléments qu'ils comprennent sont inchangés et désignés par les mêmes références. La cavité cylindrique 32 est fermée à ses deux extrémités par la culasse 45 et un manchon de fermeture 47. Le noyau 40 est prisonnier dans la cavité 32 entre le manchon 47 et la culasse 45, mais conserve une liberté de déplacement e correspondant à un entrefer maximum culasse/noyau. Le noyau se prolonge par une tige de commande 41 traversant un alésage axial 46 pratiqué dans la culasse 45. La tige 41 se termine par un piston 42 enfermé dans une cavité cylindrique borgne 43 pratiquée dans le noyau 40, dans laquelle est comprimé un ressort 44. I1 n'est pas prévu de ressort entre le noyau 40 et la culasse 45, la tige 41 étant naturellement soumise à une force axiale (F) qui tend à éloigner le noyau de la culasse. In addition, as shown in FIG. 4, the present invention can be applied to any type of actuator with a plunging core. The actuator 4 shown has a particular core 40 and cylinder head structure 45 described in detail in the French patent application filed under the number 91 06894. The coil 30, the coil support 31 according to the invention, the pole piece 36 and the elements which they include are unchanged and designated by the same references. The cylindrical cavity 32 is closed at its two ends by the cylinder head 45 and a closure sleeve 47. The core 40 is trapped in the cavity 32 between the sleeve 47 and the cylinder head 45, but retains a freedom of movement e corresponding to an air gap maximum cylinder head / core. The core is extended by a control rod 41 passing through an axial bore 46 formed in the cylinder head 45. The rod 41 ends with a piston 42 enclosed in a blind cylindrical cavity 43 formed in the core 40, in which a spring 44 is compressed There is no spring provided between the core 40 and the cylinder head 45, the rod 41 being naturally subjected to an axial force (F) which tends to move the core away from the cylinder head.
Sur la figure 5, on a représenté un mode de réalisation industriel d'un actionneur 5 selon la présente invention. La bobine 30 et le support de bobine 31 sont enrobés par une matière plastique 50, à l'exception des flancs du support 31 qui sont laissés nus. Des cosses 51 d'alimentation de la bobine sont fixées dans le matériau plastique. La cavité cylindrique 32 est habillée d'un fourreau en laiton 52 dans lequel prennent place le noyau et la culasse. La pièce polaire prend la forme d'un étrier 53 d'épaisseur uniforme. Deux rondelles magnétiques 54, 55 sont enfilées autour du noyau et de la culasse, et maintenues plaquées contre les flancs du support de bobine 31 par les montants latéraux de la pièce polaire 53. Ces rondelles permettent d'augmenter à moindre coût l'épaisseur du circuit magnétique, dans sa partie en regard des flancs du support de bobine. In Figure 5, there is shown an industrial embodiment of an actuator 5 according to the present invention. The coil 30 and the coil support 31 are coated with a plastic material 50, with the exception of the sides of the support 31 which are left bare. Lugs 51 for supplying the coil are fixed in the plastic material. The cylindrical cavity 32 is covered with a brass sheath 52 in which the core and the cylinder head take place. The pole piece takes the form of a stirrup 53 of uniform thickness. Two magnetic washers 54, 55 are threaded around the core and the cylinder head, and kept pressed against the sides of the coil support 31 by the lateral uprights of the pole piece 53. These washers make it possible to increase the thickness of the magnetic circuit, in its part opposite the sides of the coil support.
Dans la pratique, l'aimantation du support de bobine selon l'invention peut être réalisé avant ou après bobinage. In practice, the magnetization of the coil support according to the invention can be carried out before or after winding.
Par ailleurs, lorsqu'on assemble un actionneur selon la présente invention, on a le choix d'utiliser une bobine dont le support n'est pas aimanté, ou une bobine dont le support est aimanté. On obtient ainsi un actionneur monostable ou un actionneur bistable. Ainsi, grâce à la présente invention, les mêmes machines peuvent servir à la réalisation de deux types d'actionneurs, et les investissements industriels sont considérablement diminués. En outre, en supposant que l'investissement en outillage soit amorti, le prix de revient d'un actionneur bistable selon l'invention reste très avantageux en raison de la simplification apportée à la structure. Furthermore, when assembling an actuator according to the present invention, one has the choice of using a coil whose support is not magnetized, or a coil whose support is magnetized. A monostable actuator or a bistable actuator is thus obtained. Thus, thanks to the present invention, the same machines can be used to produce two types of actuators, and industrial investments are considerably reduced. In addition, assuming that the investment in tools is amortized, the cost price of a bistable actuator according to the invention remains very advantageous due to the simplification brought to the structure.
Enfin, les performances d'un actionneur bistable selon l'invention sont globalement meilleures que celle d'un actionneur classique du type décrit au préambule, grâce à la disposition avantageuse de l'aimant permanent. Finally, the performance of a bistable actuator according to the invention is generally better than that of a conventional actuator of the type described in the preamble, thanks to the advantageous arrangement of the permanent magnet.
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|---|---|
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